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随着能源消耗量的逐年增加,我国SO2排放已居世界第一位,酸雨区面积也已占到国土面积的40%左右。SO2的主要来源是燃煤发电厂所排放的烟气,如何有效控制燃煤发电厂SO2的排放已成为一个亟待解决的课题。针对这一课题,本文开展了生物脱硫技术研究,以期为燃煤烟气中SO2的脱除提供一条新的技术途径。主要包括四个方面:
(1)氧化亚铁硫杆菌(T.ferrooxidans)的分离鉴定与生长特性。从酸性矿坑水分离得到T.ferrooxidans,并通过16S rRNA基因序列分析对菌种进行了鉴定。然后分别研究了初始Fe2+浓度、初始pH、SO42-浓度和Fe3+浓度等环境因素对T.ferrooxidans生长的影响,并建立了T.ferrooxidans氧化Fe2+的动力学方程。
(2)T.ferrooxidans对不同含硫基质的利用。分别研究了在有无Fe2+存在时T.ferrooxidans对Na2S2O3、单质S和Na2SO3三种含硫基质的利用情况。研究发现:在无Fe2+存在时,T.ferrooxidans对Na2S2O3最易利用,单质S其次,Na2SO3的利用情况最差;在有Fe2+存在时,T.ferrooxidans的铁氧化系统首先启动,硫氧化系统启动较晚,之后二者协同作用。T.ferrooxidans经单质S驯化后,其氧化单质S的能力显著增强,而且,细菌细胞的形态、结构等发生了变化。
(3)T.ferrooxidans菌液脱除SO2的研究。通过水溶液、Fe3+溶液、含Fe3+的T.ferrooxidans菌液对SO2脱除的对比实验,分析了SO2的去除途径以及T.ferrooxidans在脱硫过程中的主要作用。
(4)T.ferrooxidans脱除SO2工艺研究。主要进行了三方面的研究:一是生物滴滤塔填料的筛选。选取竹炭、煤矸石、活性炭、陶粒、沸石作为研究对象进行对比实验,结果表明:在滴滤塔中,竹炭对T.ferrooxidans的固定化效果最好,固定的生物量最高,其次是活性炭,然后是陶粒和沸石,煤矸石固定的生物量最小。装填不同填料的滴滤塔对SO2的去除效率也明显不同,去除效果依次为竹炭>活性炭>陶粒>煤矸石>沸石,其中竹炭对SO2的去除效率在运行时间内的平均值高达93.71%。据此本文首次验证了竹炭作为滴滤塔填料的技术可行性。二是对“竹炭+陶粒”组合填料的生物滴滤塔进行了工艺条件影响因素实验研究。结果表明,滴滤塔对SO2的去除效果受多种因素的影响。在本实验条件下,要保证滴滤塔能获得较好的去除效果,各影响因素的优选条件分别为:进气SO2浓度在≤6000mg/m3范围内,停留时间≥39.2s,喷淋液密度在0.306 m3/(m2·h)~1.834m3/(m2·h)之间。三是对生物滴滤塔脱除SO2的动力学进行了研究,建立了动力学方程。